JP7321987B2 - 車両用複眼カメラ - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載されて、車両の外界を撮像する車両用複眼カメラに関する。

最近の自動車などの車両において、前方の物体との衝突の可能性を判断し、衝突の可能性が高い場合に、自動的にブレーキを作動させることにより、衝突を回避または衝突による被害を軽減するシステムが実用化されている。

このシステムを採用する車両には、車両の外界に存在する物体を認識するセンシングカメラの１つとして、ステレオカメラが搭載される。ステレオカメラは、たとえば、カメラのレンズが車両のフロントガラスの中央上部に車内から対向するように配置される。ステレオカメラでは、左右両眼のカメラにより、フロントガラスを通して車両の前方が撮影される。

特開２０１９－１７２０３２号公報 特開２０１７－８１２６１号公報

近年、衝突被害軽減ブレーキ（ＡＥＢＳ：Advanced Emergency Braking System）の基準や新車アセスメントプログラム（ＮＣＡＰ：New Car Assessment Programme）のシナリオの難度が上がり、より広角な撮像範囲（検知エリア）を持つセンシングカメラが必要とされている。ところが、本願発明者らによる研究の結果、ステレオカメラの場合、左右のカメラの撮像範囲を広角にすると種々の問題を生じることが判明した。

本発明の目的は、撮像範囲の広角化を図りつつ、全撮像手段（カメラ）の撮像範囲を広角にすることにより生じる種々の問題を回避できる、車両用複眼カメラを提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る車両用複眼カメラは、車両の外界を撮像する車両用複眼カメラであって、所定方向に間隔を空けて並べられ、個々の最大撮像範囲を所定方向に一部ずらして配置される複数の撮像手段と、複数の撮像手段が同一の対象物を異なる視点から撮像する重複撮像範囲を設定しつつ、所定方向の一方端に配置される撮像手段の撮像範囲を相対的に広角に設定し、所定方向の他方端に配置される撮像手段の撮像範囲を相対的に狭角に設定する撮像範囲設定手段とを含む。

この構成によれば、複数の撮像手段の最大撮像範囲が所定方向に一部ずらして配置されている。これにより、個々の撮像手段の最大撮像範囲が重複する領域では、ステレオ視による物体の検知が可能となり、最大撮像範囲が重複しない領域では、単眼視による物体の検知が可能となる。そのため、従来のステレオカメラと比較して、車両用複眼カメラ全体での撮像範囲を大幅に広角化することができる。

そして、所定方向の一方端に配置される撮像手段の撮像範囲は、相対的に広角に設定され、他方端に配置される撮像手段の撮像範囲は、相対的に狭角に設定される。この設定により、全撮像手段の撮像範囲を広角にすることにより生じる種々の問題を回避することができる。

複数の撮像手段は、車両に設けられた光透過部材に対向して配置され、光透過部材を通して車両の外界を撮像するように設けられていてもよい。その場合、車両用複眼カメラは、複数の撮像手段の下方から光透過部材に向けて延出し、光透過部材での反射光による画像が複数の撮像手段の撮像範囲に映り込むことを防止するフードを備えていてもよい。

この構成によれば、光透過部材での反射光による画像が各撮像手段の撮像範囲に映り込むことを防止でき、たとえば、ダッシュボード上に置かれた物体が各撮像手段の撮像範囲に映り込むことを防止できる。

フードを備える構成では、全撮像手段の撮像範囲を広角にすると、フードのサイズが大型化するという問題が生じる。所定方向の一方端に配置される撮像手段の撮像範囲が相対的に広角に設定され、他方端に配置される撮像手段の撮像範囲が相対的に狭角に設定されることにより、フードのサイズを小型に抑えることができる。

たとえば、光透過部材がフロントガラスであり、車両用複眼カメラがルームミラーの前方でフロントガラスに対向して配置されるフロントカメラとして使用される場合、フードが運転席側に張り出すと、その張り出した部分がドライバの視界の妨げになるおそれがある。

この問題を回避するには、助手席側の端に配置される撮像手段の撮像範囲が相対的に広角に設定され、運転席側の端に配置される撮像手段の撮像範囲が相対的に狭角に設定されるとよい。この設定により、フードが運転席側に張り出す量を抑制でき、ドライバの視界を確保することができる。

また、車両用複眼カメラがフードを備えない構成であっても、全撮像手段の撮像範囲を広角にすると、全撮像手段により撮像された画像のデータ量が大きくなり、画像処理量が多くなるという問題が生じる。この問題についても、所定方向の一方端に配置される撮像手段の撮像範囲が相対的に広角に設定され、他方端に配置される撮像手段の撮像範囲が相対的に狭角に設定されることにより、他方端に配置される撮像手段により撮像される画像のデータ量（画像処理の対称となる画像データ量）が抑制されるので、回避可能である。

フードは、一部が光透過部材に当接し、残部が光透過部材から離間していてもよい。

この構成は、光透過部材がフロントガラスであり、車両用複眼カメラがルームミラーの前方でフロントガラスに対向して配置されるフロントカメラとして使用される場合に好適である。その構成により、車両のデフロスタの風がフードと光透過部材との間を通過して、光透過部材における撮像手段と対向する領域に当たるので、その領域での着霜、着氷および結露を解消することができる。そのため、車両用複眼カメラにより、光透過部材越しに外界を良好に撮像することができる。

本発明によれば、撮像範囲の広角化を図りつつ、全撮像手段（カメラ）の撮像範囲を広角にすることにより生じる種々の問題を回避することができる。

本発明の一実施形態に係るステレオカメラの斜視図であり、ステレオカメラが車両に搭載された状態を示す。 図１に示されるステレオカメラおよびカメラカバーの正面図である。 図１に示されるステレオカメラおよびカメラカバーの平面図である。 図１に示されるステレオカメラおよびカメラカバーの左側面図である。 図１に示されるステレオカメラの電気的構成を示すブロック図である。 図１に示されるステレオカメラにおける各カメラの撮像範囲について説明するための図である。 図１に示されるステレオカメラおよびカメラカバーの斜視図であり、車内から見た状態を示す。 変形例に係るステレオカメラの斜視図であり、ステレオカメラが車両に搭載された状態を示す。 図８に示されるステレオカメラおよびカメラカバーの正面図である。 図８に示されるステレオカメラおよびカメラカバーの平面図である。 図８に示されるステレオカメラにおける各カメラの撮像範囲について説明するための図である。 図８に示されるステレオカメラおよびカメラカバーの斜視図であり、車内から見た状態を示す。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜ステレオカメラの機械的構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るステレオカメラ１の斜視図であり、ステレオカメラ１が車両２に搭載された状態を示す。図２は、ステレオカメラ１およびカメラカバー５の正面図である。図３は、ステレオカメラ１およびカメラカバー５の平面図である。図４は、ステレオカメラ１およびカメラカバー５の側面図である。

ステレオカメラ１は、図１に示されるように、運転支援システムを採用した車両２に、車両２の外界、とくに前方に存在する物体を認識するセンシングカメラとして搭載される。運転支援システムは、たとえば、車両２と前方の物体との衝突の可能性に応じて自動的にブレーキを作動させて、衝突を回避または衝突による被害を軽減する衝突回避支援ブレーキ機能、車両２を走行中の車線内に維持して走行させる車線維持支援（ＬＫＡ：Lane Keeping Assist）機能、車両２を先行車に追従して走行させるアダプティブクルーズコントロール（ＡＣＣ：Adaptive Cruise Control）機能、車両２を駐車位置に駐車する際の操舵を支援する駐車支援機能、およびドライバの死角を監視する死角監視（ＢＳＭ：Blind Spot Monitor）機能のうちの１つまたは複数を有している。

ステレオカメラ１は、車両２のルームミラー３の前方でフロントガラス４（図４参照）の左右方向（車幅方向）中央の上部に対向して配置される。ステレオカメラ１は、その下面、背面および両側面がカメラカバー５で覆われた状態でカメラカバー５に保持され、そのカメラカバー５が車両２の天井６に固定されることにより、車両２に取り付けられる。

ステレオカメラ１は、カメラ本体１１と、カメラ本体１１に付属する映り込み防止フード１２とを含む。

カメラ本体１１には、左右一対のカメラ１３Ｌ，１３Ｒが設けられている。カメラ１３Ｌ，１３Ｒは、左右方向に間隔を空けて、それぞれレンズ１４Ｌ，１４Ｒをフロントガラス４に向けて配置されている。

映り込み防止フード１２は、略板状をなし、カメラ本体１１の前面から前下方に延出している。具体的には、映り込み防止フード１２は、フード本体部１５、フード側部１６，１７および当接部１８を一体に有している。フード本体部１５は、板状をなし、その後端縁がカメラ１３Ｌ，１３Ｒの下側でカメラ１３Ｌ，１３Ｒの前端とほぼ同じ位置に配置されて、その位置から前下方に延びている。フード本体部１５は、前側ほど左右方向に幅広に形成されており、その左側端は、右側端と比較して、前後方向に対して大きな傾斜角で傾斜している。フード側部１６，１７は、それぞれフード本体部１５の左側端および右側端から上方に立ち上がっている。左側のフード側部１６の前端部１９は、内側（フード本体部１５の左右方向の中央側）に屈曲している。当接部１８は、フード側部１６の前端部１９の上端から外側に延出している。

車両２のフロントガラス４の周辺部には、黒セラミックＢＣ（図７参照）がプリントされている。映り込み防止フード１２の当接部１８は、黒セラミックＢＣがプリントされている範囲外でフロントガラス４に当接し、映り込み防止フード１２の残部、つまりフード本体部１５およびフード側部１６，１７は、フロントガラス４から離間している。また、右側のフード側部１７は、黒セラミックＢＣのプリント範囲内において、フロントガラス４に対して前後方向に対向している。なお、フロントガラス４におけるカメラ１３Ｌ，１３Ｒの視野に入る部分には、カメラ１３Ｌ，１３Ｒによる撮像の妨げにならないように、黒セラミックＢＣがプリントされていない。

＜ステレオカメラの電気的構成＞
図５は、ステレオカメラ１の電気的構成を示すブロック図である。

左側のカメラ１３Ｌは、レンズ１４Ｌを介してレンズ１４Ｌの視野を撮像する撮像素子（イメージャ、イメージセンサ）２１Ｌを備えている。右側のカメラ１３Ｒは、レンズ１４Ｒを介してレンズ１４Ｒの視野を撮像する撮像素子２１Ｒを備えている。左右のレンズ１４Ｌ，１４Ｒの画角（視野角）は、同じであり、たとえば、１２０°～１６０°の範囲内である。

また、ステレオカメラ１は、画像処理部２２を備えている。画像処理部２２には、撮像素子２１Ｌ，２１Ｒで撮像された画像データが入力される。画像処理部２２は、ＣＰＵおよびメモリを内蔵したマイクロコントローラを有しており、撮像素子２１Ｌ，２１Ｒから入力される画像データに対して画像処理を行う。

たとえば、画像処理部２２は、撮像素子２１Ｌ，２１Ｒから入力される一対の画像データから、撮像素子２１Ｌ，２１Ｒに撮像された各画像で同一対象物に対応する対象画素を抽出し、その一対の画像間での対象画素の位置のずれ量を検出し、三角測量の原理で同一対象物までの距離を算出する。これにより、奥行きの情報も含まれる３次元空間上の位置情報を取得することができる。画像処理により取得された情報は、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる通信により、画像処理部２２から車両に搭載されたＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）に送信される。

また、画像処理部２２は、カメラ１３Ｌ，１３Ｒの撮像範囲を個別に設定する撮像範囲設定部２３を機能処理部として実質的に備えている。

＜撮像範囲＞
図６は、カメラ１３Ｌ，１３Ｒの撮像範囲について説明するための図である。

カメラ１３Ｌ，１３Ｒの最大撮像範囲（最大視野）は、それぞれレンズ１４Ｌ，１４Ｒの画角であり、カメラ１３Ｌ，１３Ｒは、最大撮像範囲が左右方向に一部ずれるように配置されている。撮像範囲設定部２３は、最大撮像範囲内でカメラ１３Ｌ，１３Ｒの撮像範囲をそれぞれ設定する。これにより、画像処理部２２では、撮像素子２１Ｌ，２１Ｒから入力される画像データから、それぞれ設定された撮像範囲を撮像した画像データが画像処理の対象とされる。

図１～４に示される構成のステレオカメラ１では、撮像範囲設定部２３は、左側のカメラ１３Ｌの撮像範囲を最大撮像範囲に設定する。図６では、その撮像範囲に左下がりのハッチングが付されている。一方、撮像範囲設定部２３は、左側のカメラ１３Ｌの最大撮像範囲と右側のカメラ１３Ｒの最大撮像範囲とが重なる範囲、つまり図６でクロスハッチングが付されている範囲内において、右側のカメラ１３Ｒの撮像範囲を設定する。図６では、右側のカメラ１３Ｒの撮像範囲がグレーで着色されている。これにより、左側のカメラ１３Ｌの撮像範囲は、相対的に広角に設定され、右側のカメラ１３Ｒの撮像範囲は、相対的に狭角に設定される。

なお、図６に示される例では、右側のカメラ１３Ｒの撮像範囲の中央線（光軸）が前後方向に延びるように、その撮像範囲が設定されているが、右側のカメラ１３Ｒの撮像範囲は、左側のカメラ１３Ｌの最大撮像範囲と右側のカメラ１３Ｒの最大撮像範囲とが重なる範囲内であれば、その中央線が前後方向に対して傾斜するように設定されてもよい。

映り込み防止フード１２のフード本体部１５の右側端の傾斜角が左側端の傾斜角よりも小さく、映り込み防止フード１２が右側に大きく張り出していなくても、映り込み防止フード１２により、フロントガラス４での反射光による画像がカメラ１３Ｌ，１３Ｒの各撮像範囲に映り込むことを防止でき、たとえば、車両２のダッシュボード上に置かれた物体がカメラ１３Ｌ，１３Ｒの各撮像範囲に映り込むことが防止される。

＜作用効果＞
以上のように、カメラ１３Ｌ，１３Ｒの最大撮像範囲が所定方向に一部ずらして配置されている。これにより、カメラ１３Ｌ，１３Ｒの最大撮像範囲が重複する領域では、ステレオ視による物体の検知が可能となり、最大撮像範囲が重複しない領域では、単眼視による物体の検知が可能となる。そのため、従来のステレオカメラと比較して、ステレオカメラ１全体での撮像範囲を大幅に広角化することができる。

そして、左側のカメラ１３Ｌの撮像範囲は、相対的に広角に設定され、右側のカメラ１３Ｌ，１３Ｒの撮像範囲は、相対的に狭角に設定される。この設定により、左右両方のカメラ１３Ｌ，１３Ｒの撮像範囲を広角にすることにより生じる種々の問題を回避することができる。

カメラ１３Ｌ，１３Ｒは、車両２のフロントガラス４に対向して配置され、フロントガラス４を通して車両２の外界を撮像するように設けられ、ステレオカメラ１には、フロントガラス４での反射光による画像がカメラ１３Ｌ，１３Ｒの撮像範囲に映り込むことを防止する映り込み防止フード１２が設けられている。この構成では、左右両方のカメラ１３Ｌ，１３Ｒの撮像範囲を広角にした場合、各撮像範囲にフロントガラス４での反射光による画像の映り込みを防止するには、映り込み防止フード１２のサイズが大型化するという問題が生じる。左側のカメラ１３Ｌの撮像範囲が相対的に広角に設定され、右側のカメラ１３Ｌ，１３Ｒの撮像範囲が相対的に狭角に設定されることにより、図７に示されるように、映り込み防止フード１２が右側に張り出す量を小さくでき、映り込み防止フード１２のサイズを小型に抑えることができる。たとえば、車両２が右ハンドル車である場合、映り込み防止フード１２が運転席側に張り出す量が小さいことにより、ドライバの視界を確保することができる。

また、左右両方のカメラ１３Ｌ，１３Ｒの撮像範囲を広角にすると、カメラ１３Ｌ，１３Ｒにより撮像された画像のデータ量が大きくなり、画像処理量が多くなるという問題が生じる。左側のカメラ１３Ｌの撮像範囲が相対的に広角に設定され、右側のカメラ１３Ｌ，１３Ｒの撮像範囲が相対的に狭角に設定されることにより、右側のカメラ１３Ｒにより撮像される画像のデータ量（画像処理の対称となる画像データ量）が抑制されるので、画像処理量が多くなるという問題を回避することができる。

また、映り込み防止フード１２の当接部１８がフロントガラス４に当接し、映り込み防止フード１２の残部、つまりフード本体部１５およびフード側部１６，１７は、フロントガラス４から離間している。これにより、車両２のデフロスタの風が映り込み防止フード１２とフロントガラス４との間を通過して、フロントガラス４におけるカメラ１３Ｌ，１３Ｒと対向する領域（黒セラミックＢＣがプリントされていない領域）に当たるので、その領域での着霜、着氷および結露を解消することができる。そのため、ステレオカメラ１により、フロントガラス４を通して外界を良好に撮像することができる。

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、ステレオカメラ１には、図８、図９および図１０に示されるように、図１～図３に示される構成と左右反転した構成が採用されてもよい。図８～図１０に示される構成では、図１～図３に示される構成と左右反転された構成であるから、右側のフード側部１７の前端部が内側に屈曲され、その前端部の上端から外側に、当接部１８が延出している。図８～図１０に示される構成は、車両２が左ハンドル車である場合に好適である。

図８～図１０に示される構成のステレオカメラ１では、撮像範囲設定部２３により、右側のカメラ１３Ｒの撮像範囲が最大撮像範囲に設定される。図１１では、その撮像範囲に右下がりのハッチングが付されている。一方、撮像範囲設定部２３は、左側のカメラ１３Ｌの最大撮像範囲と右側のカメラ１３Ｒの最大撮像範囲とが重なる範囲、つまり図１１でクロスハッチングが付されている範囲内において、左側のカメラ１３Ｌの撮像範囲を設定する。図１１では、左側のカメラ１３Ｌの撮像範囲がグレーで着色されている。これにより、左側のカメラ１３Ｌの撮像範囲は、相対的に狭角に設定され、右側のカメラ１３Ｒの撮像範囲は、相対的に広角に設定される。すなわち、撮像範囲設定部２３は、撮像範囲を相対的に広角にするカメラと、撮像範囲を相対的に狭角にするカメラとをソフトウエア上の撮像範囲の設定値を変更することなどで切り替えることができる。

そのため、映り込み防止フード１２のフード本体部１５の左側端の傾斜角が右側端の傾斜角よりも小さく、映り込み防止フード１２が左側に大きく張り出していなくても、映り込み防止フード１２により、フロントガラス４での反射光による画像がカメラ１３Ｌ，１３Ｒの各撮像範囲に映り込むことを防止でき、たとえば、車両２のダッシュボード上に置かれた物体がカメラ１３Ｌ，１３Ｒの各撮像範囲に映り込むことが防止される。その結果、図１２に示されるように、映り込み防止フード１２が運転席側に張り出す量が小さくすむので、ドライバの視界を確保することができる。

なお、図１１に示される例では、左側のカメラ１３Ｌの撮像範囲の中央線が前後方向に延びるように、その撮像範囲が設定されているが、左側のカメラ１３Ｌの撮像範囲は、左側のカメラ１３Ｌの最大撮像範囲と右側のカメラ１３Ｒの最大撮像範囲とが重なる範囲内であれば、その中央線が前後方向に対して傾斜するように設定されてもよい。

ステレオカメラ１は、フロントガラス４に対向して配置されるとしたが、たとえば、リヤガラスに対向して配置されて、車両２の後方を撮像するリヤカメラとして使用されてもよいし、サイドガラスに対向して配置されて、車両２の側方を撮像するサイドカメラとして使用されてもよい。

また、車両用複眼カメラの一例として、カメラ１３Ｌ，１３Ｒを左右両眼に有するステレオカメラ１を取り上げたが、本発明は、３個のカメラが横並びに配置される３眼カメラに適用することもでき、４個以上のカメラが横並びに配置された多眼カメラに適用することもできる。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１：ステレオカメラ（車両用複眼カメラ）
２：車両
４：フロントガラス（光透過部材）
１２：映り込み防止フード（フード）
１３Ｌ，１３Ｒ：カメラ（撮像手段）
２２：画像処理部
２３：撮像範囲設定部（撮像範囲設定手段）

Claims (3)

1. 車両の外界を撮像する車両用複眼カメラであって、
   所定方向に間隔を空けて並べられ、個々の最大撮像範囲を前記所定方向に一部ずらして配置される複数の撮像手段と、
   前記複数の撮像手段が同一の対象物を異なる視点から撮像する重複撮像範囲を設定しつつ、前記所定方向の一方端に配置される前記撮像手段の撮像範囲を相対的に広角に設定し、前記所定方向の他方端に配置される前記撮像手段の撮像範囲を前記重複撮像範囲内で相対的に狭角に設定する撮像範囲設定手段と、を含み、
   前記撮像手段は、レンズおよび前記レンズの視野を撮像する撮像素子を備え、
   すべての前記撮像手段の前記レンズの画角が同じである、車両用複眼カメラ。
2. 前記複数の撮像手段は、前記車両に設けられた光透過部材に対向して配置され、前記光透過部材を通して前記車両の外界を撮像し、
   前記複数の撮像手段の下方から前記光透過部材に向けて延出し、前記光透過部材での反射光による画像が前記複数の撮像手段の撮像範囲に映り込むことを防止するフード、をさらに含む、請求項１に記載の車両用複眼カメラ。
3. 前記フードは、一部が前記光透過部材に当接し、残部が前記光透過部材から離間している、請求項２に記載の車両用複眼カメラ。

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